(57)【要約】【課題】ユーザの歩行している歩行路における段差を検出し、ユーザに段差の有無を通知し、ユーザの歩行をリアルタイムに補助する段差検出システムを提供する。【解決手段】本発明の段差検出システムは、通知部と、ユーザの歩行方向の歩行路を撮像する撮像部と、撮像部の撮像した撮像画像から、歩行路の高さ分布を求め、予め設定された第１閾値を超える高さを有する測定位置を段差として検出する段差検出部と、段差検出部が段差を検出した場合、歩行路に段差があることを通知部より通知する制御部とを有する。【選択図】図１
2013117766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通知部と、
ユーザの進行方向の歩行路を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像した撮像画像から、歩行路の高さ分布を求め、予め設定された第１閾値を超える高さを有する測定位置を段差として検出する段差検出部と、
前記段差検出部が段差を検出した場合、前記歩行路に段差があることを通知部より通知する制御部と
を有することを特徴とする段差検出システム。
【請求項２】
周囲の明度が予め設定した明度閾値未満の場合、明度検出信号を出力する明度検出部をさらに有し、
前記制御部が、前記明度検出信号の供給されている間、段差を検出する処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の段差検出システム。
【請求項３】
前記通知部がユーザの装着するメガネに取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の段差検出システム。
【請求項４】
前記撮像部がユーザの装着するメガネに取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項５】
前記撮像部が車椅子に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の段差検出システム。
【請求項６】
前記段差検出部が歩行路の登坂角度θが予め設定した角度閾値を超える場合、前記車椅子が前記歩行路を走行不能と判定することを特徴とする請求項５に記載の段差検出システム。
【請求項７】
前記通知部が画像を表示する表示部であり、
前記制御部が前記ユーザの進行方向の歩行路に段差が検出された場合、前記通知部に段差を検出したことを示す通知画像を表示することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項８】
前記通知部がユーザの装着するメガネのレンズ表面に透過型の表示部として設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項９】
前記段差検出部は、
前記凸部あるいは凹部の高さが第２閾値を超える場合、段差として検出しないことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項１０】
前記段差検出部は、
前記凹部の幅が幅閾値を超える場合、前記段差を検出した場合と異なる通知を出力することを特徴とする請求項９に記載の段差検出システム。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記段差の密度が予め設定された密度閾値を超える場合、進行方向の歩行路が進行不能を示す通知を前記通知部を介して出力することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記段差が検出された場合、当該段差を避ける進行経路を検索し、検索された迂回経路を前記通知部から通知することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項１３】
前記制御部は、
前記通知画像を透明性のある色画像として前記通知部に表示することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の段差検出システム。
【請求項１４】
前記制御部は、
前記検出した前記段差の時間当たりの前記撮像画像内における移動距離から、ユーザの進行速度を検出し、前記段差までの距離を進行速度で除算し、前記段差に到達するまでの時間を算出して、前記通知部に通知することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項１５】
前記制御部は、
最も近い段差との距離が予め設定した距離閾値以下となると通知画像の点滅を開始させ、距離に応じて点滅の周期が短くなることを特徴とする請求項１４に記載の段差検出システム。
【請求項１６】
前記制御部は、
前記通知部に対し、前記通知部を介してユーザの見る画像である表示画像座標系において、前記段差の位置を示す段差位置画像を前記通知部に表示することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の段差検出システム。
【請求項１７】
前記制御部が、通知部に対し、段差の検出された位置に当該段差の輪郭を表示することを特徴とする請求項７、請求項８、請求項１６のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項１８】
前記撮像画像の測定座標系における座標値を、前記表示画像座標系における座標値に変換する座標変換式が予め記憶されており、
前記制御部は、
前記通知部に前記段差位置画像を表示する際、前記表示画像座標系における座標値を、前記座標変換式を用いて、前記測定座標系の座標値から求めることを特徴とする請求項１７に記載の段差検出システム。
【請求項１９】
前記座標変換式は、予め対象物を配置し、撮像画像で撮像した撮像画像における前記測定座標系の前記対象物の座標値を、前記通知部に表示した際、ユーザが画像通知部を見て、配置した前記対象物と重なる前記表示画像座標系の位置座標されるよう座標変換のパラメータを調整して求めた式であることを特徴とする請求項１８に記載の段差検出システム。
【請求項２０】
前記制御部は、
前記ユーザの視界の妨げにならない状態で、前記通知部に前記段差位置画像を表示することを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項２１】
前記制御部は、
前記通知部において、ユーザの視界の妨げとなる位置でなく、かつ装着しているユーザがいずれを見ていたとしても人間工学的に必ず視認できる位置に、段差を検出したことを検出するピクトグラムを表示することを特徴とする請求項１６から請求項２０のいずれか一項に記載の段差検出システム。
【請求項２２】
前記制御部は、
検出された段差の密度が高い場合、進行不能として経路検索を行い、歩行経路を通知部から通知することを特徴とする請求項１から請求項２１に記載の段差検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段差検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間は加齢とともに、周囲が暗くなった際における視覚能力が低下する。この視覚能力の低下は、水晶体と呼ばれる透明なレンズが加齢による老化現象により濁ってしまうことによる。レンズが濁ることにより、画像を認識する網膜に到達する光量が低下することとなる。この結果、周囲が暗くなった場合、網膜に到達する光量が、周囲が明るい場合に比べて低減し、極端に視覚能力が低下することになる。
この視覚能力の低下のため、歩行路を歩行する際に、歩行路の突起や窪みあるいは側溝などの歩行路の段差を視認できない場合がある。
高齢者が老眼鏡を掛けていたとしても、明るい場所における本の文字、あるいはＴＶ（テレヴィジョン）の表示画面を鑑賞する場合と異なり、周囲が暗いときの足下の確認、例えば夜間に外出した際に、歩行方向の歩行路の状況を正確に把握することが難しい。
【０００３】
また、高齢者が外出する際に、その高齢者がどこにいるのかを、家族が常に確認することができるように、ＧＰＳ機能付きの携帯端末を高齢者に持たせ、パーソナルコンピュータの表示画面に表示された地図上に、高齢者の移動位置を示すシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、地図を見ているユーザの歩行及び移動能力に対応した歩行経路を提供する地図情報提供システムがある（例えば、特許文献２参照）。すなわち、高齢者や視覚能力の低下した人の歩行に障害となる段差、坂道、道幅等に基づいて、ユーザの移動能力に応じたルート案内を行い、ユーザが目的地に到着するまでの移動の補助を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２４２９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１９９６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示す地図情報提供システムにあっては、ユーザの歩行能力により歩行可能とする目的地までのルート案内を行うのみであり、実際の高齢者の歩行を補助する処理を行ってはいない。
すなわち、特許文献１及び特許文献２においては、高齢者は目的地までの歩行経路は判るが、提供される経路の情報からは、この歩行経路における歩行方向の歩行路の段差を正確に把握することができない。
このため、高齢者は、よく知られているように、５ｍｍ程度の段差に躓いて転倒するおそれがあり、特許文献１及び特許文献２の供給する経路から歩行路の段差の有無を認識することができず、歩行を容易に行うことが行えない。
また、高齢者が車椅子によって歩行路を走行する場合も、歩行の場合と同様に、段差を把握することができず、段差に車椅子の車輪が乗り上げ、バランスを崩して転倒するおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高齢者の歩行及び車椅子での走行をリアルタイムに補助することを可能とする段差検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の段差検出システムは、通知部と、ユーザの進行方向の歩行路を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像した撮像画像から、歩行路の高さ分布を求め、予め設定された第１閾値を超える高さを有する測定位置を段差として検出する段差検出部と、前記段差検出部が段差を検出した場合、前記歩行路に段差があることを通知部より通知する制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ユーザの歩行を、リアルタイムに補助することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の第１の実施形態による段差検出システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における撮像装置２（撮像部）及び通知部２をメガネに配置した図である。
【図３】歩行路の凸部及び凹部の説明を行う図である。
【図４】第１の実施形態による段差検出システムにおける段差検出処理の動作例を示すフローチャートである。
【図５】段差検出処理の動作を説明するための歩行路にある凸部及び凹部を概念的に示す図である。
【図６】位相シフト光パターン投影方式の３次元計測の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図７】位相シフト光パターン投影方式の３次元計測の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態による段差システムにおける段差の密度による制御を説明する図である。
【図９】第２の実施形態による段差検出システムの構成を示す図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態による段差検出システムの構成を示す図である。
【図１１】この発明の第３の本実施形態による段差システムにおける段差検出処理の動作例を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の第４の実施形態であり、第１、第２及び第３の実施形態による段差検出システムを車椅子の走行に適用した場合を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施形態による段差検出システムの構成例を示す概略ブロック図である。
段差検出システムは、ユーザの歩行方向における歩行路の画像を撮像する撮像装置２と、撮像装置２の撮像した画像により段差の検出を行う処理部１と、ユーザに対して段差の通知を行う通知部３とを備えている。
撮像装置２は、ユーザ（例えば、加齢により視覚能力が低下した高齢者）の歩行している方向の歩行路を撮像するように、ユーザの体のいずれかの部位に、撮像方向がユーザの歩行方向の歩行路を向いて装着されている。ここで、撮像装置２は、撮像方向がユーザの歩行方向の画像を撮像可能となる場所に取り付けるようにする。例えば、撮像装置２の取り付け部位として、ユーザの頭部は、ユーザが歩行方向を向いて歩行するため、歩行方向と同様の方向を撮像方向とするように撮像装置２を取り付けることが容易である。このとき、ユーザの頭部に撮像装置２を取り付ける取り付け具としては、メガネ、帽子及びヘッドバンドなどを用いる。
【００１１】
処理部１は、ユーザの体のいずれかの部位に装着されており、撮像装置２の撮像するユーザの歩行方向の撮像画像から、段差検出システムを装着するユーザの歩行方向の歩行路における段差を検出する。また、処理部１は、段差が検出されると、通知部３によりユーザに対し、歩行方向の歩行路に段差があることを、画像表示あるいは音声などにより通知する。ここで、処理部１は、撮像装置２と異なり、ユーザが携帯することができれば、ユーザの体におけるいずれかの部位（位置）に取り付けてもかまわない。例えば、撮像装置２と同一部位、あるいはユーザの着用している服、バンド、鞄、靴、装飾品などユーザが携行するものに、取り付け具を用いて任意に取り付けることができる。
また、処理部１及び撮像装置２間のデータの送受信は、有線または無線通信のいずれでも良い。しかしながら、処理部１及び撮像装置２間の配線の取り付けの有無を確認する必要が無く、散歩などの運動のじゃまとならないことを考慮すると、有線通信より無線通信を用いることがより好ましい。
【００１２】
通知部３は、段差があることをユーザに対して通知するために設けられており、音声で通知するスピーカなどで構成されていても良いし、文字あるいは画像を表示する表示部などで構成されていても良い。
通知部３は、ユーザが通知を認識し易い体の部位近傍に装着されている。例えば、通知がスピーカからの音声で行われる場合、耳の近傍に装着され、表示部の画像で通知される場合、ユーザに画像が見え易い場所、例えばメガネにおいて、ユーザが表示を視認できる位置に表示部を装着する。
図２は、撮像装置２の取り付け具をメガネとして、撮像装置２がメガネのブリッジに取り付けられ、通知部３が表示部の場合にメガネのレンズ面に配置し、スピーカである場合にメガネのテンプルの耳に近い位置に配置した例を示している。
【００１３】
次に、図１に戻り、処理部１は、段差検出部１１、制御部１２、記憶部１３、及び明度検出部１４を備えている。
ここで、段差検出部１１は、撮像装置２から入力される撮像画像の画像データから、ユーザの歩行する歩行路に存在する段差の検出を行う。
また、段差検出部１１は、段差を検出すると制御部１２に対して、段差が検出されたことを示す段差検出信号を出力する。
ここで、段差検出部１１の用いる段差検出のアルゴリズムは、位相シフト光パターン投影方式、光切断法、光源に超短パルスファイバレーザを用い、マイケルソン干渉計の原理を用いた３次元計測方式などを用いる。本実施形態においては、後述の説明において位相シフト光パターン投影方式を用いるが、３次元物体の形状の測定が可能な方法であれば、光切断法あるいは上述した３次元計測方式あるいは他の計測方法を用いても良い。
【００１４】
次に、図３は段差検出部１１が歩行路において検出する段差部の説明を行う図である。図３（ａ）において、凸部状の段差は歩行路に対して突出した突出方向に距離のある段差を示している。一方、図３（ａ）において、凹部状の段差は歩行路における窪みや溝などの深さ方向に距離のある段差である。ただし、凹部状の段差においては、ユーザの足（靴）が凹部に入ってつまずく径Ｗがあるものを、段差としての検出対象とする（後述）。
また、図３（ｂ）において、高さが変化（Ｈ）している歩行路の接続部分も段差としている。また、本実施形態において、凹部及び凸部において、下面から上面（頭頂部に接する面も含む）までの距離を、段差の高さＨと統一して示している。ここで、凸部における下面は歩行路を示し、上面は凸部の頭頂部と接する、凸部の突出方向に対して垂直な平面を示している。一方、凹部における下面は溝などの底面を示し、上面は歩行路を示している。
また、上述したように急峻な形状の凸部のみでなく、測定範囲としてユーザの歩幅の距離内で５ｍｍ以上の高さの変化がある場合も、段差検出部１１は、歩行路の路面の凸部を段差として検出する必要がある。
【００１５】
また、すでに説明したが、段差の高さHが５ｍｍを超えていると、歩行困難な高齢者（すりあしで歩く人としても良い）の場合、段差につまずき体勢を崩して転倒するなどの危険があることが指摘されている。
このことから、段差検出部１１の段差検出処理において、突起等の凸部や窪みや溝などの凹部としての段差の検出は、例えば５ｍｍ以上の高さの凸部や凹部を、歩行を阻害する障害物としての段差として検出することが必要となる。一般的にも、設計施工する際に、実際の施工では、「段差無し」とは「段差の高さＨが５ｍｍ以下」とすることが知られている（例えば、http://uemura-home.co.jp/page052.html参照）。
また、段差検出における段差の高さの基準値としての高さ閾値（後述する第１閾値）は、例えば上述したように、５ｍｍの高さを設定してもよいし、また本実施形態よる段差検出システムを装着するユーザの歩行能力に対応させて設定するようにしても良い。
【００１６】
図１に戻り、記憶部１３には、撮像装置２が撮像した撮像画像から段差を検出する際に用いる段差検出用パラメータが記憶されている。
明度検出部１４は、例えば明度計を有し、予め設定した明度未満となると、制御部１２に対して明度検出信号を出力する。
制御部１２は、明度検出部１４から明度検出信号が供給されると、すなわち予め設定した明るさ未満となった場合に、段差の検出処理を行う状態であると判定し、段差検出部１１に対し、段差の検出処理を行わせるための制御信号を出力する。また、制御部１２は、予め設定した明るさ以上となった場合に、段差の検出処理を行わない状態であると判定し、段差検出部１１に対し、段差の検出処理を行わせるための制御信号の出力を停止する。
制御部１２は、段差検出部１１から段差検出信号が供給されると、歩行路に段差があることを通知部３により、ユーザに対して音声または画像、あるいは音声及び画像の双方により通知する。
【００１７】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による段差システムの動作を説明する。図４は、本実施形態による段差検出システムにおける段差検出処理の動作例を示すフローチャートである。図５は、段差検出処理の動作を説明するための歩行路にある凸部及び凹部を概念的に示す図である。以下の処理で用いる段差検出パラメータにおける第１閾値は、凸部または凹部の高さＨが段差候補とする高さか否かの判定を行うために用いる閾値である。第２閾値は、第１閾値で段差候補として抽出された凸部及び凹部から段差検出候補とする高さ以下か否かの判定を行うために用いられる閾値である。また、幅閾値は、段差検出候補となった凹部を段差と判定するために用い、段差の径Ｗの大きさの判定に用いる閾値である。
ステップＳ１０１：
制御部１２は、明度検出部１４から明度検出信号が供給されているか否かのを判定する。制御部１２は、明度検出信号が供給されている場合、処理をステップＳ１０２へ進め、一方、明度検出信号が供給されていない場合、明度検出信号が供給されているか否かを判定する処理（ステップＳ１０１）を繰り返す。
【００１８】
ステップＳ１０２：
撮像装置２は、ユーザの歩行方向の画像を撮像し、撮像した画像を撮像画像として、処理部１へ出力し、処理をステップ１０３へ進める。
【００１９】
ステップＳ１０３：
次に、処理部１の段差検出部１１は、撮像装置２から供給された撮像画像から歩行路における凹部または凸部を、所定の３次元計測法により検出する。すなわち、段差検出部１１は、３次元測定によって撮像画像の図３（ａ）に示す３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）において、３次元計測法により各測定点（座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ））の歩行路の面からの高さＨを求める。そして、段差検出部１１は、各座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）毎に、座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）とこの座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の歩行路の路面からの高さＨとを対応付けて記憶部１３に書き込んで記憶させ、処理をステップＳ１０４へ進める。この３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｘ）である測定座標系におけるｘ軸はユーザの歩行方向に対して垂直な軸であり、ｙ軸はユーザの歩行方向に平行な軸であり、ｘ軸はｘ軸及びｙ軸の形成する２次元平面に対して垂直な軸である。
【００２０】
ステップＳ１０４：
各座標点（Ｘ，Ｙ）の高さＨが求まると、段差検出部１１は、記憶部１３から測定範囲における各座標点（Ｘ，Ｙ）と、座標点の高さＨと、段差検出用パラメータ（後述する第１閾値、第２閾値、幅閾値）を読み出す。
そして、段差検出部１１は、読み出した高さＨが第１閾値以上であるか否かの判定を、測定範囲の全座標点に対して行う。この判定において、測定範囲は、ｘ軸及びｙ軸で形成する２次元座標での歩行方向であるｙ軸方向とこのｙ軸方向に垂直方向であるｘ軸方向において、予め所定の範囲に設定されている。
段差検出部１１は、測定範囲における全座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨと第１閾値とを比較し、高さＨが第１閾値以上の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を段差候補として抽出する。このｙ軸方向の所定の測定範囲はユーザの歩幅（一歩で進む距離、例えば５０ｃｍ）として設定されている。このとき、段差検出部１１は、凸部と凹部との区別を付ける種別識別情報を付加する。
そして、段差検出部１１は、高さＨが第１閾値以上である高さＨの座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を抽出すると、この抽出した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）と高さＨと種別識別情報とのデータの組を、段差候補のデータとして記憶部１３に書き込んで記憶させる。
ここで用いる第１閾値は、ユーザが通常の歩行において躓く段差の高さ、例えばすでに述べた一般に知られている段差の高さＨ＝５ｍｍに設定されている。
図５において、凸部Ｄ１の座標点の高さＨ１が７ｍｍであり、凹部Ｄ２の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨ２が８ｍｍである場合に第１閾値以上である場合、段差検出部１１は、凸部Ｄ１と凹部Ｄ２とを段差候補として検出する。一方、凸部Ｄ３の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨ３が３ｍｍである場合、段差検出部１１は、凹部Ｄ３を段差候補として検出しない。
【００２１】
ステップＳ１０５：
次に、段差検出部１１は、記憶部１３に記憶されている段差候補の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を順次読み出し、各座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨが第２閾値未満であるか否かの判定を行う。
このとき、段差検出部１１は、高さＨが第２閾値未満である座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を抽出し、抽出した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）及び高さＨを、段差検出候補の座標Ｄ（Ｘ，Ｙ）である段差検出座標Ｄ（Ｘ，Ｙ）として記憶部１３に書き込み記憶させる。
ここで用いる第２閾値は、通知せずとも段差として認識される高さ、例えば階段、電信柱、壁や塀等の段差の高さ、例えば３０ｃｍに設定されている。
例えば、図５において、凸部Ｄ１の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨ１が第２閾値未満である場合、段差検出部１１は、この段差候補である凹部Ｄ１の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を段差検出候補として抽出する。一方、凸部Ｄ１の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨ１が第２閾値以上である場合、段差検出部１１は、この段差候補である凹部Ｄ１の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を段差検出候補として抽出しない。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ１０５の処理が終了すると、処理をステップＳ１０６へ進める。
【００２２】
ステップＳ１０６：
段差検出候補が検出されると、段差検出部１１は、記憶部１３から、段差検出候補の各々の段差検出座標を読み出す。
次に、段差検出部１１は、読み出した段差検出候補の段差検出座標において、複数（例えば、２個以上）の連続した段差検出座標を抽出する。
そして、段差検出部１１は、この抽出された連続した段差検出座標と、この段差検出座標を挟む、予め設定した範囲の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）とを座標点グループとしてグループ化することで段差とし、この座標点グループとしての段差に段差識別情報を付加する。
一方、段差検出部１１は、複数連続しておらず、独立した段差検出候補を段差とせずにノイズとし、この段差検出候補の段差検出座標を記憶部１３から削除する。
また、段差検出部１１は、この座標点グループにおける連続した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）において、連続した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨの変化率を求め、変化率が予め設定された変化率閾値を超えた場合（急峻な凸部の場合）に段差とし、変化率が変化率閾値以下の場合（緩やかな変化の場合）に段差としないように構成しても良い。
次に、このグループ化において、段差検出部１１は、座標点グループに付加されている種別識別情報が凹部を示す座標点グループを記憶部１３から読み出す。
そして、段差検出部１１は、読み出した座標点グループにおいて、座標点グループ内の凹部の段差検出候補の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）が幅閾値を超える距離で、ｘ軸方向及びＹ軸方向で連続しているか否かの判定を行う。
ここで、段差検出部１１は、凹部の座標点が連続する距離が、予め設定した幅閾値以上であるか否かの判定を行う。
すなわち、段差検出部１１は、段差検出候補から、第１閾値以上であり第２閾値以下の凸部を段差として抽出し、また第１閾値以上であり、第２閾値以下でありかつ座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）が連続して幅閾値を超える距離で連続した凹部を段差として抽出する。
しかしながら、独立した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）をノイズとして除去する処理については、その解像度でどの程度の段差を検出できるかの実験結果から、解像度に応じて行うか否かを予め設定しておく。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ１０６の処理が終了すると、処理をステップＳ１０７へ進める。
【００２３】
ステップＳ１０７：
次に、段差検出部１１は、段差検出部１１は、座標点グループとしてグループ化した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）と、この座標点グループにおける段差検出候補の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の種別識別情報と、座標点グループに付加された段差識別情報と、を対応させて記憶部１３に書き込んで記憶させる。
そして、段差検出部１１は、段差が検出されたことを示す段差検出信号を制御部１２へ出力する。
段差検出部１１から段差検出信号が供給されると、制御部１２は、ユーザの躓く危険性のある段差が、ユーザの歩行方向の歩行路に存在することを、ユーザに対して、通知部３から通知する。
この通知は、通知部３が表示部である場合、画像表示により行い、通知部３がスピーカである場合、音声により行い、通知部３が表示部から構成されている場合、画像表示により行い、スピーカから構成されている場合、音声により行われる。
【００２４】
また、ステップＳ１０５において、第２閾値を超える高さＨの段差候補を段差検出候補として検出しないとしたが、高さＨがこの第２閾値を超える高さの場合、段の高い階段あるいは側溝などの場合がある。
このため、段差検出部１１は、段差が凸部の場合、高さＨが第２閾値を超える段差候補を、通常の段差とは異なる、ユーザの歩行に対する障害物として検出し、この段の高い階段を高齢者が上ることができないとして、歩行不能信号を制御部１２に対して出力する。
一方、段差検出部１１は、段差が凹部であり、高さ（すなわち深さ）Ｈが第２閾値を超え、かつ歩行方向における段差候補の凹部の幅を求め、この段差の幅が予め設定している溝幅であると、この凹部、例えば側溝を高齢者が跨いで通ることができないとして、歩行不能信号を制御部１２に対して出力するように構成しても良い。この場合、制御部１２は、検出した障害物を段差と異なる通知情報（音声データあるいは表示の色を変えるなど）により、通知部３から通知を行うようにしても良い。
【００２５】
また、上述した明度検出部１４における明度閾値の設定は、歩行する歩行路の周囲の明るさに対するユーザの段差を視認できる視覚能力により、ユーザ毎に適時設定を変更するように構成しても良い。
また、上述した実施形態の構成においては、明度検出部１４に明度計を設けていたが、この明度計を設けずに、撮像装置２の撮像する撮像画像を読み込み、この撮像画像の画素の輝度値の平均値を算出し、算出結果を明度として、明度の値が明度閾値未満であることを検出すると、明度検出信号を出力するように、明度検出部１４を構成しても良い。
また、第１閾値、第２閾値及び幅閾値の段差検出パラメータの組を、所定の数値幅の照度の段階毎に設定し、明度計からの明度に応じて用いる段差検出パラメータの組を、明度によるユーザの段差の視認能力の変化に応じて、段差検出部１１が変更して用いるように構成しても良い。
【００２６】
また、段差検出システムに加速度計などを設け、制御部１２が加速時計からの加速度によりユーザの歩行する速度を求める。
そして、速度を所定の数値幅の段階に分割し、第１閾値、第２閾値及び幅閾値の段差検出パラメータの組を、速度の段階毎に制御部１２内部の記憶部などに設定しておき、段差検出部１１が、速度計から求めた速度に応じて用いる段差検出パラメータの組を、歩行速度（後述する第４の実施形態の場合、車椅子５００の進行速度）によるユーザの段差を検出する視覚能力の変化に応じて、内部の記憶部から読み出して用いるように構成しても良い。
【００２７】
次に、図６を用いて、本実施形態における段差の高さを求めるための３次元計測について説明する。図６は本実施形態における位相シフト光パターン投影方式による３次元計測の処理の動作例を示すフローチャートである。
歩行路の３次元形状を検出する３次元計測の処理に位相シフト光パターン投影方式を用いる場合、ユーザの歩行方向の歩行路に光パターンを投影するパターン投影部と投影された光パターンを撮像する撮像部とが、ユーザの体におけるいずれかの部位に、パターン投影部と撮像部との相対的な位置関係が固定された状態で装着されている。
【００２８】
ステップＳ１１：  
段差検出部１１は、撮像画像の画像番号ｍを初期値１に設定する。
【００２９】
ステップＳ１２：
段差検出部１１は、光パターンの位相シフト量を、現在の画像番号ｍに対応したシフト量（ｍ−１）π／２に設定する。
ここで、段差検出部１１は、例えば、画像番号１の撮像画像には、図５に示すように、位相シフト量＝０の光パターンを選択する。
【００３０】
ステップＳ１３：
次に、段差検出部１１は、選択した位相シフト量（ｍ−１）π／２の光パターンの情報をパターン投影部２１に対して出力する。
投影する光パターンのデータが供給されると、パターン投影部２１は、位相シフト量が（ｍ−１）π／２である光パターンを撮像装置２の撮像方向へ投影する。そして、段差検出部１１は、撮像部２２を駆動して、光パターンが投影された撮像画像である光パターン画像ＩＭｍを撮像させる。
そして、段差検出部１１は、撮像部２２が撮像した光パターン画像ＩＭｍを、撮像部２２から読み込み、読み込んだ光パターン画像ＩＭｍを記憶部１３へ書き込んで記憶させる。
【００３１】
ステップＳ１４：
次に、段差検出部１１は、現在の画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達したか否かの判定を行う。
このとき、段差検出部１１は、画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達していない場合、処理をステップＳ１５へ移行し、画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達している場合、処理をステップＳ１６へ移行する。なお、ｍｍａｘは、５以上の整数であり、本実施形態においては画像番号ｍの最終値ｍｍａｘが「５」に設定されている場合を説明する。
【００３２】
ステップＳ１５：
段差検出部１１は、画像番号ｍに１を加算（インクリメント）し、処理をステップＳ１２へ戻す。
したがって、ステップＳ１２〜Ｓ１５のループは画像番号がｍとなるまで、すなわち画像番号が「５」となるまで繰り返される。
この結果、段差検出部１１は、図５に示すように、光パターンの位相をπ／２（９０度）ずつ順に変化した合計５枚の光パターン画像ＩＭ１〜ＩＭ５を取得し、記憶部１３へ書き込んで記憶させる。
【００３３】
ステップＳ１６：
次に、段差検出部１１は、光パターン画像ＩＭ１〜ＩＭ５に基づいて位相分布を算出する。具体的には、段差検出部１１は、各画素ｉについて、初期位相φｉを４バケット法（ｍ＝５の場合であり、位相が異なる５枚の光パターン画像を用いる方法）の次の式（１）により算出する。
【００３４】
【数１】
2013117766.tif 000003
【００３５】
そして、段差検出部１１は、算出した初期位相φｉの値を、位相画像（位相分布）φにおける画素ｉの値として記憶部１３へ書き込む。
【００３６】
ステップＳ１７：
段差検出部１１は、光パターンが投影された領域の三次元形状を算出する。具体的には、段差検出部１１は、位相画像φを記憶部１３から読み出し、読み出した位相画像φにオフセット分布Δを加算するアンラップ処理（位相接続）を行い、アンラップ後の位相画像ψを取得する。ここで、オフセット分布Δは、別途測定され記憶部１３へ予め格納されたもの（所謂空間コード化法、他）、或いは、位相飛び検出により自動で設定（位相つなぎ法、他）されたものである。
そして、段差検出部１１は、アンラップ後の位相画像ψを、被検面の高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）（三次元形状）に換算する。また、段差検出部１１は、必要に応じて高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）を記憶部１３へ保存し、フローを終了する。
次に、図７は、段差検出部１１が位相シフト光パターン方式により求めた、測定座標系における高さ分布Ｚｉ（Ｘ，Ｙ）、すなわち測定座標系における座標点Ｄｉ（Ｘ，Ｙｉ，Ｚ）におけるＺ（ｚ軸における座標値）を、歩行路の路面からの高さＨのデータに変換する方法を説明する図である。ここで、ｉは、段差検出システムに設定された測定範囲内（距離Ｌの範囲）におけるｙ軸方向に存在する座標点の番号を示している。例えば、距離Ｌ内に座標点がｎ個ある場合、ｉは１≦ｉ≦ｎの範囲の整数値である。
段差検出部１１は、位相シフト光パターン投影方式により得られた高さ分布Ｚi（Ｘ，Ｙ）の座標点Ｄｉ（Ｘ，Ｙｉ，Ｚ）を用い、図７に示すように、測定範囲内にあるｘ軸上の任意の座標点を通るｙ軸及びｚ軸からなる２次元座標系における座標点Ｐｉ（Ｙ，Ｚ）に対して、最小自乗法による直線近似を行い、直線ｚ＝αｙを求め、この直線ｚ＝αｙを歩行路の路面とする。ここで、αは係数値。
そして、段差検出部１１は、各座標点Ｄｉ（Ｘ，Ｙｉ，Ｚ）の直線ｚ＝αｙの法線方向の距離を求め、各座標点Ｄｉ（Ｘ，Ｙｉ，Ｚ）の歩行路の路面からの高さＨｉとする。
上述した説明は２次元座標系での説明であるが、段差検出部１１は、同様の処理をｘ軸状の座標点を通るｙ軸及びｚ軸からなる２次元座標系毎に求め、３次元座標系に拡張する。
また、段差検出部１１は、測定座標系におけるｘ軸及びｙ軸からなる２次元平面に対する歩行路の傾きθ（平面に対する傾斜角度）を直線ｚ＝αｙから求める。そして、段差検出部１１は、求めた歩行路の傾きθが、予め設定値した設定角度より小さい場合、直線ｚ＝αｙの法線方向の距離ではなく、各座標点Ｄｉ（Ｘ，Ｙｉ，Ｚ）の ｙ軸の座標値を直線ｚ＝αｙに代入し、得られたｚ軸の座標値を対応する座標点Ｄｉ（Ｘ，Ｙｉ，Ｚ）のｚ軸の座標値から減算して、減算結果を高さＨｉとして求めても良い。
【００３７】
また、最小二乗法を用いた直線近似を用いずに、予め段差の形状を示す段差パターンを記憶部１３に複数記憶させておく構成としても良い。この場合、段差検出部１１は、記憶部１３から、予め用意された段差パターンを順次読み出し、ｚ軸とｙ軸との２次元座標系において、読み出した段差パターンと、高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）の形状とのパターンマッチングを行う。
そして、段差検出部１１は、パターンマッチングにおいて、高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）の形状と最も相似性の高い段差パターンの高さを段差の高さＨとし、各座標点（Ｘ，Ｙ）の高さＨを求める。
【００３８】
次に、図８は、光パターンを投影した投影領域における段差の密度による制御を説明する図である。
段差検出部１１は、図４のステップＳ１０６において段差座標が検出された際、投影領域における段差の密度（例えば、個／ｍ２）が予め設定した設定密度を超えている場合、段差を避けて歩行することが難しいとして、ユーザに対して歩行方向の歩行路が歩行不能であることを示す歩行不能信号を制御部１２に対して出力する。
制御部１２は、歩行不能信号が供給されると、段差の密度が高くユーザに歩行不能であることを通知部３を介して、表示画像や音声を用いてユーザに通知する。
【００３９】
ここで、図示しないが、段差検出システムにＧＰＳ（Global Positioning System）を搭載し、記憶部１３に地図画像を記憶させておく構成としても良い。
これにより、通知部３を画像を表示する表示部とした場合、制御部１２は、ユーザの歩行方向の歩行不能とされた歩行路の道に対する迂回路を、ＧＰＳから得るユーザの位置座標に応じて、記憶部１３に記憶されている地図画像を用いて経路検索を行う。そして、制御部１２は、経路検索の検索結果として、得られた迂回路としての歩行経路を通知部３に対して表示画像あるいは音声により通知するように構成しても良い。
【００４０】
また、段差検出システムにインターネットなどの通信網に接続できる機能を設け、クラウドに対して、制御部１２は、歩行路の段差により歩行不能な道の迂回路の検出を、ＧＰＳにより検出したユーザの位置と、ユーザの歩行方向と、第１閾値及び第２閾値とを付加して依頼しても良い。
このクラウドは、歩行路の段差により歩行不能な道を地図画像の一つのデータとして蓄積するデータベースを有し、ユーザによって段差の高さが異なっているため、第１閾値及び第２閾値で検出される段差のない道の経路検索として、ユーザの歩行経路を検索する迂回路検索サービスを行っている。
このクラウドは、ユーザからの迂回路検出の依頼を受けると、迂回路の検出をデータベースの地図画像のデータにより行い、ユーザからの歩行路に段差のある歩行経路の情報が自身の地図画像に無い場合、新たにこのユーザからの段差の有る歩行路のデータを地図画像のデータとして、データベースに登録する。
これにより、クラウドは、各ユーザからの段差の位置情報（地図画像上の位置座標）が得られており、歩行不能の段差の情報が地図画像上の座標点に対応して記憶されているため、迂回路検索サービスにおいて、ユーザの歩行可能な経路を有効に検索することができる。
【００４１】
上述した本実施形態によれば、歩行中の歩行路等における段差の検出結果が、制御部１２から通知部３に通知されるため、周囲が暗い場合に視覚能力が低下する高齢者などのユーザであっても、歩行路を歩行する際に、歩行路の段差や階段あるいは側溝などを、通知部３により通知される情報により確認することができ、ユーザが段差に躓いたり、側溝に転落することがなくなる。
この結果、段差に躓いたり、側溝に転落することを恐れて外出しない高齢者などのユーザを、積極的に散歩などの外出をするように促すことができ、高齢者の楽しみを増加させるとともに、健康維持を向上させることができる。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図９は、この発明の第２の実施形態による段差検出システムの構成例を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態においては、段差検出システムの撮像装置２及び通知部３を、ユーザの着用するメガネに設ける構成として説明する。撮像装置２及び通知部３はメガネ４に固定しても良いし、着脱可能の取り付け具によりメガネに装着するようにしても良い。
ここで、通知部３は、画像を表示する表示部として説明するが、通知するための画像に加え、音声を出力して段差が有ったことを示す通知をユーザに行うように構成してもよい。通知部３は、メガネ４のレンズ４ｄ全面あるいは一部の面に装着され、例えば透過型の液晶表示パネルで形成されている。処理部１の構成は図１と同様であり、処理部１はユーザの体の部位のいずれかに装着されている。段差検出のための３次元計測は、第１の実施形態と同様に、位相シフト光パターン投影方式を用いている。
【００４３】
撮像装置２は、メガネ４のリム４ａ、ブリッジ４ｂ及びテンプル４ｃなどに設けられ、ユーザの歩行方向の画像を撮像する。ユーザが高齢者の場合、高齢者は特に歩行方向を向いて注意して歩行するため、取り付け位置としては、レンズ４ｄ間に設けられたブリッジ４ｂに設けることが望ましい。これにより、ユーザの歩行方向の画像を撮像することができる。撮像装置２は、図１０に示すように、光パターンを投影するパターン投影部２１及び撮像部２２を備えている。
パターン投影部２１は、段差検出部１１の制御により、位相を変化させた光パターンを放射する（この光パターンの投影面を予め設定した範囲内として歩行路の凸部及び凹部の検出を行う。）
撮像部２２は、上記光パターンの反射光を含めた撮像方向の画像を撮像画像として撮像する。
このパターン投影部２１と撮像部２２とは、相対的な位置関係が固定された状態で、メガネ４に撮像装置２として取り付けられている。
【００４４】
また、図９の段差検出システムにおいて、メガネ４または処理部１のいずれか加速度センサを設けて、ユーザの歩行における撮像装置２の上下振幅の移動状態に応じて光パターンを投影して、３次元形状計測を行うように構成しても良い。
すなわち、加速度センサにてユーザの歩行状態を検出し、撮像装置２が上下する際に、上下振動の振幅における上端と下端とにおいて加速度が０となるタイミング、すなわち静止状態となるタイミングにて、３次元形状計測を行うように構成しても良い。
【００４５】
このとき、段差検出部１１は、投影した光パターンによる３次元計測の処理を行う際、上端と下端とで撮像した撮像画像の各々において３次元計測を行い、いずれか一方の撮像画像から段差が検出された場合、段差を検出したことを示す段差検出信号を、制御部１２に対して出力する。
これにより、制御部１２は、ユーザの歩行方向の歩行路から段差が検出されたことを示す通知画像を通知部３（すなわち表示部）に対して表示する。
ここで、上端撮像画像においては、深さ方向に対して検出可能範囲が広がり、凹部の高さが正確に求まり、一方、下端撮像画像においては、突出方向に対して検出可能範囲が広がり、凸部の高さが正確に求まり、投影される光パターンの撮像におけるオクルージョンの影響を低下させ、有効に段差を検出することができる。
【００４６】
本実施形態における通知画像は、制御部１２は、段差が検出されたことを、明確にユーザに通知するため、例えば、メガネ４のレンズ４ｄの色を変化させたり、レンズ４ｄから入射する光の色を変化させるフィルタ機能を通知部３に持たせ、色を変化させたフィルタ画像を通知画像として、通知部３に対して表示する。
また、制御部１２は、視界の妨げとなる位置でなく、かつメガネ４を装着しているユーザがいずれの方向を見ていたとしても、人間工学的に必ず視認できる通知部３の位置に段差の検出を示す通知画像、例えばピクトグラムを、表示するように構成しても良い。この通知画像あるいはピクトグラムは、制御部１２内に予め設定されている。
【００４７】
また、制御部１２は、段差検出システムに設けられた加速度センサ５が測定して加速度から、ユーザの歩行速度（後述する第４の実施形態の場合、進行する車椅子５００の進行速度）を求め、ユーザから段差までの距離を歩行速度で除算し、段差に到達するまでの時間を算出する。
あるいは、制御部１２検出した段差の時間当たりの画像内における移動距離から、ユーザの歩行速度を検出し、ユーザから段差までの距離を歩行速度で除算し、段差に到達するまでの時間を算出する。
そして、制御部１２は、この距離を通知部３に表示、あるいは音声によりユーザに通知し、段差に対する対応を促す処理を行う。
ここで、制御部１２は、歩行路における最もユーザに近い段差との距離が、記憶部１３に予め記憶されて設定されている距離閾値以下となると通知画像の点滅を開始させ、この距離閾値を経過してからの距離に応じて点滅の周期が短くする。
【００４８】
これにより、本実施形態によれば、音の認識能力が低下した高齢者に対し、メガネ４のレンズ４ｄにおける通知部３（すなわち表示部）における通知画像により、歩行方向の歩行路に段差があることを認識することができ、歩行を注意するため、周囲が暗く段差の検出が自身の視覚能力では困難な夜間の散歩も、容易に行えるようになり、健康的な散歩を楽しむことが可能となる。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図１０は、この発明の第３の実施形態による段差検出システムの構成例を示す概略ブロック図である。
この第３の実施形態による段差検出システムの構成を説明する。第３の実施形態による段差検出システムは、撮像装置２の測定座標系を、通知部３における測定座標系に変換して、検出した段差の位置を示す段差の輪郭画像を通知部３に表示させる点が第２の実施形態に追加されている。段差の検出方法においては、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
このため、第３の実施形態には、第２の実施形態に加えて、測定座標系の座標値を表示画像座標系の座標値に変換する座標変換部１５が設けられている。
【００５０】
すなわち座標変換部１５は、撮像部２２が撮像している撮像画像の測定座標系を、ユーザが鑑賞する通知部３の表示画像座標系に、予め設定された座標変換式により変換する。
また、記憶部１３は、測定座標系の座標を表示画像座標系の座標に変換する座標変換式とが記憶されている。この座標変換式は、予め対象物を配置し、撮像装置２が撮像した撮像画像の測定座標系対象物の画像と、表示画像座標系である通知部３に表示される対象物の画像とが重なるように座標変換される式として実験的に求めたものである。すなわち、ユーザが見ている対象物に対して、通知部３に表示されている対象物の画像が重なるように、測定座標系の座標値を、表示画像座標系の座標値に座標変換する、座標変換のパラメータを調整して求めた式として記憶部１３に設定されている。
これにより、制御部１２は、通知部３に輪郭などの段差の形状を示す画像を表示する際、表示画像座標系における座標値を、上述した座標変換式を用いて、測定座標系の座標値から座標変換することで求めている。
【００５１】
次に、図１０及び図１１を用いて、本実施形態による段差検出システムの動作を説明する。図１１は、本実施形態による段差検出システムにおける段差検出処理の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳ２１：
撮像装置２は、明度検出部１４から明度検出信号が供給されているか否かの判定を行う。このとき、制御部１２は、明度検出信号が供給されている場合、処理をステップＳ２２へ進め、一方、明度検出信号が供給されていない場合、明度検出信号が供給されているか否かの判定（ステップＳ２１）を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ２２：
次に、段差検出部１１は、パターン投影部２１に対して位相がずれた光パターンを順次出力する。
これにより、パターン投影部２１は、供給される位相がずれた光パターンを順次、撮像装置２から放射して、歩行方向の歩行路に投影する。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ２２の処理が終了すると、処理をステップＳ２３へ進める。
【００５３】
ステップＳ２３：
そして、段差検出部１１は、例えば、すでに説明した位相シフト光パターン投影方式による３次元測定による各座標点（Ｘ，Ｙ）の高さＨを求める。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ２３の処理が終了すると、処理をステップＳ２４へ進める。
【００５４】
ステップＳ２４：
高さ分布が求まると、段差検出部１１は、分布における高さＺ、すなわち高さＨが第１閾値以上であるか否かの判定を行う。
このとき、段差検出部１１は、高さＨが第１閾値以上である分布の座標点を抽出し、抽出した座標点を、段差候補として記憶部１３に書き込み記憶させる。
ここで用いる第１閾値は、ユーザが通常の歩行において躓くとされる段差の高さ、例えば段差とされる高さＨ＝５ｍｍに設定されている。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ２４の処理が終了すると、処理をステップＳ２５へ進める。
【００５５】
ステップＳ２５：
次に、段差検出部１１は、記憶部１３に記憶されている段差候補の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を順次読み出し、各座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨが第２閾値未満であるか否かの判定を行う。
このとき、段差検出部１１は、高さＨが第２閾値未満である座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）を抽出し、抽出した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）及び高さＨを、段差検出候補の座標Ｄ（Ｘ，Ｙ）である段差検出座標Ｄ（Ｘ，Ｙ）として記憶部１３に書き込み記憶させる。
ここで用いる第２閾値は、通知せずとも段差として認識される高さ、例えば階段、電信柱、壁や塀等の段差の高さとして、例えば３０ｃｍに設定されている。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ２５の処理が終了すると、処理をステップＳ２６へ進める。
【００５６】
ステップＳ２６：
段差検出候補が検出されると、段差検出部１１は、記憶部１３から、段差検出候補の各々の段差検出座標を読み出す。
次に、段差検出部１１は、読み出した段差検出候補の段差検出座標において、複数（例えば、２個以上）の連続した段差検出座標を抽出する。
そして、段差検出部１１は、この抽出された連続した段差検出座標と、この段差検出座標を挟む、予め設定した範囲の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）とを座標点グループとしてグループ化することで段差とし、この座標点グループとしての段差に段差識別情報を付加する。
一方、段差検出部１１は、複数連続しておらず、独立した段差検出候補を段差とせずにノイズとし、この段差検出候補の段差検出座標を記憶部１３から削除する。
また、段差検出部１１は、この座標点グループにおける連続した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）において、連続した座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）の高さＨの変化率を求め、変化率が予め設定された変化率閾値を超えた場合（急峻な凸部の場合）に段差とし、変化率が変化率閾値以下の場合（緩やかな変化の場合）に段差としないように構成しても良い。
次に、このグループ化において、段差検出部１１は、座標点グループに付加されている種別識別情報が凹部を示す座標点グループを記憶部１３から読み出す。
そして、段差検出部１１は、読み出した座標点グループにおいて、座標点グループ内の凹部の段差検出候補の座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）が幅閾値を超える距離で、ｘ軸方向及びＹ軸方向で連続しているか否かの判定を行う。
ここで、段差検出部１１は、凹部の座標点が連続する距離が、予め設定した幅閾値以上であるか否かの判定を行う。
すなわち、段差検出部１１は、段差検出候補から、第１閾値以上であり第２閾値以下の凸部を段差として抽出し、また第１閾値以上であり、第２閾値以下でありかつ座標点Ｄ（Ｘ，Ｙ）が連続して幅閾値を超える距離で連続した凹部を段差として抽出する。
そして、段差検出部１１は、上述したステップＳ２６の処理が終了すると、処理をステップＳ２７へ進める。
【００５７】
ステップＳ２７：
次に、座標変換部１５は、記憶部１３に記憶されている座標変換式と、座標点グループの段差検出座標を読み出し、検出された段差の座標値である段差検出座標を、測定座標系の座標値から、通知部３の表示部に表示される表示画像座標系の座標値に座標変換する。
そして、段差検出部１１は、表示画像座標系に座標変換した表示段差座標を、制御部１２に対して出力する。
段差検出部１１は、上述したステップＳ２７の処理が終了すると、処理をステップＳ２８へ進める。
【００５８】
ステップＳ２８：
表示段差座標が供給されると、制御部１２は、通知部３に対し、供給された表示段差座標各々に半透明な画像（例えば点）表示して、段差の輪郭画像を表示し、この段差の輪郭画像を通知画像として表示する。この輪郭画像は、ユーザの視界を遮らない程度の透明度を持たせることが必要である。
このとき、制御部１２は、ユーザの注意を喚起するため、すでに説明したフィルタを用いてレンズ４ｄを通過する色を変える処理と組み合わせても良い。
この構成により、本実施形態によれば、周囲が暗い状態であり、ユーザが歩行路の段差を高齢者が視認することが困難な場合であっても、本実施形態を用いることにより、通知部３の輪郭画像により容易に段差の場所を確認することができ、夜の散歩などの暗い中を歩行して楽しむことが可能となる。
【００５９】
また、離れた位置に複数の段差画像が存在する場合、制御部１２は、ユーザが段差を避けて通れる経路として、段差間の間隔が最も広い位置を抽出する。
そして、制御部１２は、抽出した位置をユーザに通知するため、歩行路における歩行可能な方向を示す矢印などの画像を、やはり半透明にてユーザに対する歩行の補助機能として表示するようにしても良い。また、制御部１２は、通知部３から音声でユーザに、段差を避けて歩行する経路を通知するようにしても良い。
この構成により、本実施形態によれば、暗い中で、ユーザが認識できない歩行路において、段差が無く歩行が可能な歩行路位置が通知されるため、自身の歩行路の路面状態に対する視覚能力が不十分であったとしても、ユーザが容易に歩行することが可能となる。
【００６０】
また、ステップＳ２５において、段差検出部１１は、第２閾値を超える段差検出候補を、段差として検出しない。しかしながら、第２閾値を超える段差検出候補は、階段あるいは側溝などの場合がある。
このため、段差検出部１１は、この第２閾値を超える段差検出候補を、通常の段差とは異なる障害物として検出し、測定座標系の座標値である障害物検出座標として、記憶部１３に対し書き込んで記憶させる。
そして、制御部１２は、検出段差座標を表示段差座標に座標変換式を用いて行ったのと同様に、障害物検出座標を、表示画像座標系の障害物表示座標に座標変換する。
【００６１】
座標変換した後、制御部１２は、障害物表示座標により、障害物の座標から抽出した障害物の輪郭画像を通知部３に対して表示する。ここで、制御部１２は、障害物の輪郭画像を、段差の輪郭画像と異なる色あるいは形状にて表示する。
この構成により、本実施形態によれば、色によって階段の踏み台のエッジの判定が困難な場合に、階段の踏みはずし等を防止し、安全に階段の上り下り、あるいは側溝近傍における歩行を行うことが可能となる。
【００６２】
すなわち、歩行中の歩行路等における段差の検出結果がメガネに表示されるため、薄暗い状態となると視覚能力が低下する高齢者などのユーザでも、歩行路を歩行する際に、歩行路の段差や突起あるいは階段のステップ及び側溝などを、メガネの表示部に通知される画像により確認することができ、段差に躓いて転倒したり、階段を踏み外して転倒したり、あるいは側溝に転落することがなくなる。
このように、段差に躓いたり、階段を踏み外したりあるいは側溝に転落ことがなくなる結果、転倒を恐れて外出しない高齢者を、積極的に散歩などの外出をするように促すことができ、高齢者の楽しみを増加させるとともに、健康維持を向上させることができる。
【００６３】
また、第２の実施形態の場合のように、段差検出部１１が、高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）を上端撮像画像と下端撮像画像とにおいて別々に求めた場合、制御部１２は、上端撮像画像及び下端撮像画像の各々で検出された段差あるいは段差及び障害物の輪郭画像を、通知部３の表示画面に対して通知画像として表示する処理を行う。
このとき、座標変換部１５は、上端撮像画像と下端撮像画像とに対応した座標変換式を、記憶部１３から読み出し、上端撮像座標の測定座標系の座標値から表示画像座標系の座標値に変換する処理と、下端撮像座標の測定座標系の座標値から表示画像座標系の座標値に変換する処理と、を行う。
そして、制御部１２は、上端撮像画像及び下端撮像画像から検出された段差、障害物の輪郭画像を、通知部３に対して表示する。
【００６４】
上述した本実施形態によれば、段差検出におけるオクルージョンの影響を抑制し、歩行中の歩行路等における段差の検出をより高い精度で効果的に行うことができる。
この結果、高齢者が段差に躓いて転倒したり、階段を踏み外して転倒したり、あるいは側溝に転落する危険を防止することができ、転倒などを恐れて外出しない高齢者を、積極的に散歩などの外出をするように促すことができ、高齢者の楽しみを増加させるとともに、健康維持を向上させることができる。
【００６５】
＜第４の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図１２は、この発明の第４の実施形態であり、第１、第２及び第３の実施形態による段差検出システムを車椅子の走行に適用した場合を説明する概念図である。
視覚能力が低下したユーザ、例えば高齢者が車椅子で歩行路を走行する場合における段差検出システムの構成について説明する。
図１２において、車椅子５００のシートには、高齢者などのユーザが搭乗者として搭乗する。
【００６６】
撮像装置２は、車椅子５００の進行方向の歩行路を撮像できる位置であれば、いずれに設けても良い。例えば、図１２においては車椅子５００の肘掛５００ａに設ける。また、撮像装置２は、ユーザ６００が背中で寄りかかるバックシート（背もたれ）５００ｂや、ユーザ６００が足の乗せるフットステップ５００ｃなどに設けても良い。
通知部３は、段差を検出した等の通知をユーザが確認しやすい場所、例えば、図１２に示すように、取付治具６５０を介してシートバック５００に設ける。また、通知部３は音声での通知のみであれば、バックシート５００ｂのユーザの耳に近い位置に設けるようにしても良い。
【００６７】
処理部１は、図１２において、バックシート５００の下部に設けられている。また、処理部１は、ユーザの搭乗のじゃまにならない位置であれば、車椅子５００のいずれの場所に設けても良い。
また、撮像装置２及び通知部３は、車椅子５００ではなく、第１及び第２の実施形態で記載したように、車椅子５００に搭乗するユーザ６００が掛けるめがねに設けるようにしても良い。
【００６８】
処理部１は、第１または第２の実施形態と同様に、撮像装置２が撮像した撮像画像に基づいて、歩行路における段差の検出を行う。
ここで、処理部１が段差判定に用いる第１閾値は、車椅子５００が転倒せずに乗り越えて走行することが可能である高さ、例えばこの高さを予め補助の人間を付けて実験し、実際には転倒しないがバランスを大きく崩す高さとして設定する。
また、処理部１が用いる第２閾値は、第１及び第２の実施形態と同様とする。
そして、処理部１が段差を検出した際に、ユーザに通知する方法は第１及び第２の実施形態と同様である。
【００６９】
さらに、処理部１において、記憶部１３には角度閾値が設定されている。
この角度閾値は、車椅子５００が登坂できるか否かの判定に用いる。
すなわち、処理部１は、段差検出部１１の算出した歩行路の傾きθ（登坂角度）が、角度閾値を超えているか否かにより、ユーザ自身の力で車輪５００ｄを駆動、あるいは電動で車輪５００ｄを駆動して登坂が可能か否かの判定を行う。
このとき、処理部１は、歩行路の傾きθが角度閾値を超えている場合、歩行路を登坂することが困難であると判定し、登坂が困難であることを通知部３を介して、ユーザ６００に対して通知する。一方、処理部１は、歩行路の傾きが角度閾値以下である場合、歩行路を登坂できると判定し、登坂が可能であることを通知部３を介して、ユーザ６００に対して通知する。
【００７０】
ここで、図示しないが、車椅子５００にＧＰＳを搭載し、記憶部１３に地図画像を記憶させておく構成としても良い。
これにより、通知部３を画像を表示する表示部とした場合、制御部１２は、ユーザ６００が車椅子５００で走行方向が走行不能とされた歩行路の道に対する迂回路を、ＧＰＳから得る車椅子５００の位置座標に応じて、記憶部１３に記憶されている地図画像を用いて経路検索を行う。そして、制御部１２は、経路検索の検索結果として、得られた車椅子５００で走行可能な迂回路としての走行経路を、通知部３に対して表示画像あるいは音声により通知するように構成しても良い。
【００７１】
また、段差検出システムにインターネットなどの通信網に接続できる機能を設け、クラウドに対して、制御部１２は、歩行路の段差により、車椅子５００で走行不能な歩行路の迂回路の検出を、ＧＰＳにより検出したユーザの位置と、ユーザの歩行方向と、第１閾値及び第２閾値とを付加して依頼しても良い。
このクラウドは、歩行路の段差により走行不能な道を地図画像の一つのデータとして蓄積するデータベースを有し、ユーザ６００によって段差の高さが異なっているため、第１閾値及び第２閾値で検出される段差のない道の経路検索として、ユーザが車椅子で走行する走行経路を検索する迂回路検索サービスを行っている。
【００７２】
このクラウドは、ユーザからの迂回路検出の依頼を受けると、迂回路の検出をデータベースの地図画像のデータにより行い、ユーザからの歩行路に段差のある歩行経路の情報が自身の地図画像に無い場合、新たにこのユーザからの段差の有る歩行路のデータを地図画像のデータとして、データベースに登録する。
これにより、クラウドは、各ユーザからの段差の位置情報（地図画像上の位置座標）が得られており、車椅子５００で走行不能の段差の情報が地図画像上の座標点に対応して記憶されているため、迂回路検索サービスにおいて、ユーザの歩行可能な経路を有効に検索することができる。
【００７３】
上述した本実施形態は、車椅子５００で走行中の歩行路等における段差の検出結果が、制御部１２から通知部３に通知されるため、周囲が暗い場合に視覚能力が低下する高齢者などのユーザであっても、車椅子５００で歩行路を走行する際に、歩行路の段差や階段あるいは側溝などを、通知部３により通知される情報により確認することができる。
そして、本実施形態によれば、ユーザ６００が車椅子５００で走行する際、段差に車椅子５００の補助車輪５００ｅまたは車輪５００ｄが乗り上げて転倒したり、車椅子５００の車輪５００ｄが側溝に脱輪して動けなくなることを防止することが可能となる。
この結果、本実施形態によれば、車椅子５００が転倒したり、側溝に補助車輪５００ｅまたは車輪５００ｄが脱輪して動けなくなることを恐れて外出しない高齢者などのユーザを、積極的に車椅子５００に搭乗して散歩などの外出をするように促すことができ、高齢者の楽しみを増加させるとともに、健康維持を向上させることができる。
【００７４】
また、図１、図９及び図１０における処理部１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより撮像画像のデータからの段差の検出処理及び表示部に対する表示処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００７５】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００７６】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１…処理部
２…撮像装置
３…通知部
４…メガネ
５…加速度センサ
１１…段差検出部
１２…制御部
１３…記憶部
１４…明度検出部
１５…座標変換部
２１…パターン投影部
２２…撮像部
５００…車椅子
５００ａ…肘掛
５００ｂ…バックシート
５００ｃ…フットステップ
５００ｄ…車輪
５００ｅ…補助車輪
６００…ユーザ
６５０…取付治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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